Kas yra histerezė?

Histerezė yra savybė, dažniausiai pastebima magnetinėse ir elastinėse medžiagose, kai reakcija į įtempį ar elektromagnetinę jėgą ant medžiagos atsilieka nuo faktinio jėgos panaudojimo. Reakcija taip pat priklauso nuo ankstesnių jėgų, veikiančių medžiagą, o ne tik nuo dabartinių įtempių sąlygų, kurias ji patiria. Paprasčiau tariant, tai yra sistemos priklausomybė nuo istorijos, o žodžio šaknis iš tikrųjų reiškia pavėluoti arba atsilikti.

Atliekant feromagnetinę histerezę, informacijos įrašymo į magnetinę juostą, kredito kortelių juosteles ir kt. principu remiamasi. Kadangi įrašymo terpei taikomas ir atleidžiamas magnetinės histerezės laukas, laikmena negrįžta į nulinę įmagnetinimo būseną. Vietoj to medžiagoje esančioms magnetinėms dalelėms pridedamas naujas tvarkos lygis, kuris atspindi ten įrašytų duomenų struktūrą. Šią likutinę magnetinę atmintį galima ištrinti tik pritaikius magnetinį krūvį priešinga kryptimi, vadinamą histerezės kilpa. Kitu atveju implantuotas magnetinis krūvis gali būti beveik nuolatinis, o tai yra naudinga savybė saugant informaciją ir buvo plačiai naudojama garso kasetėms ir kompiuterių standžiiesiems diskams.

Histerezės kilpos savybė taip pat gali būti naudojama magnetiniams duomenims ištrinti, terpei pritaikant atvirkštinį magnetinį lauką. Vieną ta pačia kryptimi taip pat galima naudoti ankstesniam modeliui perrašyti. Tačiau šis pasikartojantis bruožas arba histerezės ciklas feromagnetikoje nėra kitų medžiagų savybėse.

Memristoriai arba atminties rezistoriai yra komponentai, demonstruojantys histerezės grandinės principą. Jie turi galimybę išlaikyti per juos praeinančios histerezės srovės atmintį, pakeisdami santykinę varžą, reaguodami į ją. Šie prietaisai imituoja sinapsės veikimo būdą žmogaus smegenyse, ir tai patraukė JAV gynybos pažangių tyrimų projektų agentūros (DARPA) karinių tyrinėtojų dėmesį. 2010 m. atliktais tyrimais buvo siekiama sukurti superkompiuterio galią, kuri būtų pakankamai maža, kad būtų supakuota į dviejų litrų tūrį, ir savo intelektu prilygtų katės smegenims.

Šiek tiek elastingos medžiagos, tokios kaip ploni metalai, gali turėti šiluminės histerezės efektą. Metalo atomų išsidėstymo pokyčiai lenkiant šakės noragus pirmyn ir atgal parodys histerezę, tačiau, skirtingai nei magnetinės medžiagos, pakartotinai naudojant jėgą metalas tampa mažiau jautrus. Tai vadinama darbiniu grūdinimu, dėl kurio metalas tampa trapus ir lūžta. Metalas, reaguodamas į jėgą, sukaupia atsilikimą ir galiausiai sugenda, dėl to prarandama energija kaip šiluma, o tai vadinama histerezės nuostoliais.

Histerezės modelis gali būti pritaikytas įvairiose mokslo, inžinerijos ir net ekonomikos srityse. Rusijos matematikai pradėjo modeliuoti netiesines sistemas pagal principą aštuntajame dešimtmetyje. Vėliau jie sukūrė teorijas, tokias kaip Preisach modelis, kuris galėtų būti naudojamas histerezės reiškiniui apibūdinti įvairiuose moksluose nuo ekonomikos iki tektonikos ir superlaidumo.